检测与自动化仪表汇总题库规范标准答案

1、检测与自动化仪表试题答案第一章绪论.典型检测仪表控制系统：一一通常泛指石油、化工、热工行业生产过程的工业四大参数：温 度、压力、流量、物位的控制系统（TC、PC、FC、LC）。.无特殊条件要求，常规工业检测仪表控制系统的结构图基本相同，而与具体选用的仪表无关！.常规工业检测仪表控制系统的基本构成包括被控对象、检测敏感元件-变送器、显示仪表、调节器、给定器和执行器等。.误差公理：“一切测量都具有误差，误差自始至终存在于所有的科学实验过程中”；采用何种仪表测得的值都有误差.绝对误差=示值-“真值”；绝对误差必须有土号、数值、单位（量纲）！.实际相对误差：a （%） 100%;标称相对误差：x（%）

2、 100%。7.引用误差又称作满度相对误差:FS (%)A0 x100% ;最大引用误差一一最大满度相对误 SFS差：FSmax(%) max 1 100%SFS.仪表的精度（等级）一般以 a表示，是最大引用误差去掉土号和（）号后的数字，而且必须取相应的标准系列值；校验仪表时取偏大值，选择仪表时取偏小值；不同仪表的精度等级的系列标准值是不同的！.已知控制流程图.典型检测仪表控制系统结构图如下，简单说明各个环节的名称和功能。被控对象：检测单元一一“一次仪表”：变送单元：非电量一电量；电量一 “统一信号显示、记录单元一一“二次仪表”调节、控制单元一一“三次仪表”执行单元安全栅11 .用测量范围为

3、-5015OkPa 的压力传感器测量14OkPa 压力日，传感器测得值为142kPa,求该示值的绝对误差、实际相对误差、标称相对误差和引用误差。解:绝对误差：142 140 2kPa2实际相对俣差：A 一 100% 100%1。4286% TOC o 1-5 h z A01402标称相对俣差：x 100% 100% 1。4085%x142引用误差:SFS100% 2100%1%150 ( 50)12 .某测温仪表的测量范围为 -10070O C,校验该仪表时测得全量程内最大绝对误差为+5 C,试确定该仪表的等级精度。解:该仪表的最大引用误差maxnpmSFS100%仪表的精度等级：去掉这台仪表

4、的精度等级为5100%0。625%700 100“”号、“”号，取标准系列值:1.0级13 .某测压仪表的测量范围为 08MPa ,根据工艺要求，测量示值的误差不允许超过土 0o05MPa ,试问应如何选择仪表的精度等级才能满足工艺要求。解:maxnpmSFS100%0.05100% 0.625%应选择0。5级的仪表.某测压仪表的测量范围为 010MPa ,精度等级为1。0级。试问：该仪表允许的最大绝对5MPa时，标准压力计的读数为误差 m是多少？若用标准压力计校验该压力表，在校验点为5.08MPa，试问该被校验仪表在这一点是否符合1.0级精度？为甚麽?解:a SFS 1 10FS0.1 MP

5、a100100被校验仪表在校验点为5MPa时的引用误差:np 100%SFS5 5.08100%0.8%10被校验仪表在校验点为5MPa时的绝对误差:x A0 5 5.080.08.每个用于测量的仪表都用测量范围，它是该仪表按规定的精度进行测量的被测变量的范围。量范围的最小值和最大值分别为测量的下限值和上限值，简称仪表的下限和上限。.仪表的量程可以用来表示测量范围的大小，是其测量上限值和下限值的代数差。.灵敏度是仪表对被测参数变化感知的灵敏程度，常以在被测参数变化时， 经过足够时间待仪表，“_、，、，Y指示值达到稳定后，仪表输出变化量与引起此变化的输入变化量之比；例如：S 。U.仪表的分辨率：

6、它是仪表输出能够响应和分辨的最小输入量。第二章误差及测量不确定度.系统误差：在一定的测量条件下，测量值中含有的固定不变的、或按一定规律变化的误差.随机误差：在同一测量条件下对同一被测量进行多次重复、等精度测量所产生的误差，它们的绝对值和符号以不可预定方式变化的误差；随机误差就某一单次测量而言是无规律的，但测量次数足够多时，随机误差的总体服从统计规律；.等精度测量的随机误差：就某一单次测量而言是无规律的，但测量次数足够多时，随机误差的总体服从统计规律；根据统计学原理，随机误差的统计规律：一一“四特性”有界性：单峰性：对称性： n抵偿性：lim Xi 0n i i.置信区间：定义为随机变量的取值范

7、围，通常用正态分布的标准误差的倍数表示，即 Z其中Z为置信系数。.置信概率：随机变量在置信区间Z内取值的概率。.置信水平：表示随机变量在置信区间Z 以外取值的概率。.不等精度测量的加权及其误差：使用不同的方法对同一个未知量进行m组等精度测量，得到m组等精度测量数据；各组测量结果及误差不能同等对待：一一可靠程度不一样； 用“权”或“权重”区分各组测量结果的可靠性和可信赖程度，以符号“ p”表示。.粗大误差的检验与剔除：前提是设置一定的置信概率，查看可疑值是否在置信区间内；简单检验法：先将可疑值除外，计算算术平均值X、算术平均误差|vi /n,计算可疑值的残余误差v,如果可疑值v 4 ,则这个可疑

8、值应剔除格罗布斯检验方法（格罗布斯准则）Vi计算:Vi2Vi2n 1根据所要求的置信概率Pa和测量次数n,查找格罗布斯系数GVx G的测量可疑值应剔除3准则：Vi 3肖维勒准则:ViZc 2c 3; Zc为肖维勒系数，查表9.求测量误差的绝对值在或然误差的3.5倍以内的概率。解：P 3.5 P 3.5 0.6745 PZ 2.360.97855 0.6(0.98360 0.97855) 0.98158.求测量误差的绝对值在或然误差的2.5倍以内的概率。解：P 2.5 P 2.5 0.6745 P Z 1.686230.89040 0.8625(0.91087 0.89040)0.89040 0

9、.00040 0.89080.求测量误差的绝对值在或然误差的2.9倍以内的概率。P 2.9 P | 2.9 0.6745 P Z 1.9560.9512.求测量误差的绝对值在或然误差的3倍以内的概率。解:P 3 P 3 0.6745 PZ 2.023 0.9545.铜电阻值与温度的关系为RtR2o120(t 20),现在通过直接测量，已知20 c时的电阻值R206.00.3%、电阻温度系数200.004/C 1%,求铜电阻在t 30c仁 时的电阻值 Rt及其标准误差。置信概率皆为68.28%解：电阻值RR2o120(t 20)61 0.004(30 20) 6.24电阻值的标准误差各个直接测量

10、量的偏导数RtL 120(t 20) 1 0.004 (30 20) 1.004R20RtR2oO (t 20) 6.0(30 20) 60.0 20Rt匚R2oO20 6.0 0.004 0.0240各个直接测量量的标准误差R2oR20 ( 0.3%)0.01820Rt20 ( 1%)0.000041/C IC:一)2 R 恪)22 (n22:R20R202 020 t t,1.042 0.0182 602 0.000042 0.0242 120.03测量结果Rt 6.24Pa 68.27%.有一组重复测量数据，用格罗布斯检验法剔除坏值。数据：160、171、243、192、153、186、

11、163、189、195、178序号测量值Xi残差Vi残差方2 Vi残差Vi残差方2 Vi1160-23529-16.33266.672171-12144-5.3328.413243603600419298115.67245.445153-30900-23.23544.296186399.6793.517163-20400-13.33177.69818963612.67160.5391951214418.67348.5710178-5251.672.79_10 x x /n 183 i 110V2. -i 125.53;n 10.05、n 10:n( ) 2.18n ( )55.655V3 n(

12、)重新计算 TOC o 1-5 h z _9xXi /n 176.33i 192Vi 15.28n n 10.0S n 9:n( )2.11 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document n( )32.2415.2895.093x x 3 x 176.33 15.28Pa 99.73%测量序号测量值xi残差Vi残差方V2残差Vi残差方V2138 . 91-0.71-0.65239 . 27-0.35-0.2915 .有一组重复测量数据，用格罗布斯检验法剔除坏值。339 . 35-0.27-0.21439 . 39-0.23-0.17539 . 44-0.1

13、8-0.12639 . 44-0.18-0.12739 . 46-0.16-0.1839 . 48-0.14-0.08939 . 680.060.121039 . 690.070.131139 . 710.090.151239 . 760.140.21339 . 780.160.221439 . 940.320.381540 . 120.500.561640 . 560.94_16x xn 39.62i 1ViJ- 0.38n n 10.05、n 16:n( ) 2.443n()0.928v16n ( )重新计算 xi / n 39.56i 1.15 2 Vi 0.302.409:n 10.0

14、5、n 15:n()n( )0.722716 .对某温度进行10次等精度测量测量结果:测量序号测量值Xi残差Vi残差方2 vi残差Vi残差方2 vi185 . 710. 030. 0009285 . 63-0。 050. 0025385 . 65-0。 030. 0009485 . 710 . 030. 0009585 . 690 . 010. 0001685 . 690 . 010. 0001785 . 700 . 020. 0004885 . 6800. 0000985 . 66-0。020. 00041085 . 6800. 0000t =85.71,85.63, 85.65, 85.7

15、1,85.69, 85.69, 86.70, 85.68, 85.66, 85.68 C,求测量结果解: xi / n 85.68i 1102i1Vi1 0.026 n 10.0S n 10: n( ) 2.18n( )0.056680.026.100.0080.01x x 3 x (85.68 0.03)CPa 99.73%17 .对某电压12等精度测量测量结果:测量序号测量值ximV残差Vi残差方V2 10 4残差Vi残差方V2 10 4120 . 42-0.0193.610.0111.21220 . 430.0298.410.0214.41320 . 40-0.0010.01-0.009

16、0.81420 . 39-0.0111.21-0.0193.61520 . 410.0090.810.0010.01620 . 31-0.09182.81720 . 420.0193.610.0111.21820 .39-0.0110.01-0.0193.61920 .410.0190.010.0010.011020 .40-0.0018.41-0.0090.811120 .40-0.0010.01-0.0090.811220 .430.0290.010.0214.41解: TOC o 1-5 h z _12U Ui / n 20.401 i 1122(I/11JJ0.0322.28n n 1

17、0.05、n 12：n(n( )0.073 V6第六项剔除 重新计算_11U Ui /n 200409 i 111 2 Vi.n1 1.0150.05、n 11: n( ) 2.23n( )0.0320.015110.004U U 3 U (20.409 0.012)mVPa 99.73%18 .某节流元件（孔板）开孔直径d20的尺寸进行了 15次测量，测量数据如下（单位：mm）:120.42120.43120.40120.42120.43120.39120.30120.40 120.43 120.41120.43120.42120.39120.39120.40试用格拉布斯准则判断上述数据是否

18、含有粗大误差，并写出其测量结果。解1 n ,求算术平均值d1 di 120,404n i 1计算残余误差Vi及v2并填入表中序号测量值Ui /mmVi12V .V i110 4Vi22/八4Vi2101120 . 420. 0162.560 . 0090 . 812120 . 430. 0266.760 . 0193 . 613120 . 40-0。0040.16-0 。 0111 . 214120 . 420. 0162.560 . 0090 . 815120 . 430. 0266.670 . 0193 . 616120 . 39-0。0141 .96-0 。 0214 . 417120

19、. 30-0。104108.168120 . 40-0。0040.16-0 。 0111 . 219120 . 430. 0266.760 . 0193 . 6110120 . 410. 0060.36-0 。 0010 . 0111120 . 430. 0266.760 . 0193 . 6112120 . 420. 0162.560 . 0090 . 8113120 . 39-0。0141 .96-0 。 0214 . 4114120 .39-0。0141.96-0 。 0214 .4115120 .40-0。0040.16-0 。 0111 .2115152Vi114142Vi2Vi10

20、149.6Vi2633.74i 1i 1i 1i 1用贝塞尔公式计算标准差的估算值:si1- v21 J149.6 10 43.268 10 2 mm.n 1 i i . 14第一次判断有无粗大误差一一格拉布斯准则：n 15;置信概率Pa 0。95;表1 4:格拉布斯系数G 2。41G s1 2。41 &268 10 2 0007878v71 0。104 00 07878第七项剔除计算剔除粗大项后的算术平均值1 d2 di 120.411n i 1计算残余误差Vi及v2并填入表中 用贝塞尔公式计算标准差的估算值:1 114 2133.74 s2 1Vi1 J 100.01611n 1 i1 A

21、 13第二次判断有无粗大误差一一格拉布斯准则：n 14;置信概率Pa 0。95;表1 4:格拉布斯系数G 2。37G s2 2。37 0.01611 0003818无剔除项计算算术平均值标准差的估算值:s220.01611140.0043测量结果：一般用3准则置信概率Pa 9973%d d7 3d 120o411 3 0。0043 (120o411 d013)mm18-2 .对某恒温箱温度进行10次测量，求测量结果测量序号测量值Xi残差Vi残差方2 Vi残差Vi残差方2 Vi120 . 06-0。 060. 0036220 . 07-0。 050. 0025320 . 06-0。 060. 0

22、036420 . 08-0。 040. 0016520 . 10-0。020. 0004620 . 120 . 00. 0720 . 140 . 020. 0004820 . 180 . 060. 0036920 . 180 . 060. 00361020 . 210 . 090. 0081解:_10 xXi/n 20.12i 110Iv21 0.055 n 10.0S n 10: n( ) 2.18n( )0.1199 x x 3 x (20.12 0.05)C0.055100.0173Pa 99.73%19.对光速进彳T测量，得到如下四组测量结果C1=(2.98000 0.01000) X

23、108m/sC2=(2.98500 0.01000) X108m/sC3=(2.99990 0.00200) X10 8m/sC4=(2.99930 0.00100) X10 8m/s求光速的加权算术平均值及其标准差。解：“权”之比Pl： P2： P3： P4 TOC o 1-5 h z 11111111 2222_2_2_2_212340。0100。0100。0020。0011：1：（0。010）20。0020。010)20。00111：25100加权算术平均值:m Ci piC JJCP mPi i 12.98 2.9852.9999 25 2.9993 100 10 81 1 25 10

24、0380.8925 10 81272.99915 10 8m/s加权算术平均值标准差的估算值m1Pi Vi2i 1x .mxpl(m 1)Pii 110(2.98 2.99915)2 (2.985 2.99915)2 25(2.9999 2.99915)2 100(2.9993 2.99915)23 1270.00120 10 80.000366 0.0002 0.000014 0.0000023 127测量结果一一莱以达准则C Cp 3 - (2.99915 0.00360) 10 8CC p20 .测量结果应包括比值和测量单位；测量结果仅仅是被测量的最佳估计值；测量结果的可信程度用测量不确

25、定度表示!因此：测量结果的完整表述应包括测量估计值、测量单位和测量不确定度（误差“界线”）。第三章检测技术与方法分析.传感器：国家标准 GB7665 87中的严格定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转 换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”；在某些科学领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。.在使用仪表或传感器进行测量时，被测量量直接与同类标准（或基准）量进行比较，不需要 经过运算，就能得到测量量的数值，这种测量方法称为直接测量。.在使用仪表或传感器进行测量时，首先对与被测量量有确定函数关系的几个量进行直接测量， 然后将直接测量所得的数值代入函数关系式，经过计算得到

26、所需的测量结果，这种测量方法称为间接测量。第四章温度检测.为了客观地计量物体的温度，必须建立一个衡量温度的标准，简称温标。国际温标是国家协议性温标，目前实行的是 1990年的国际温标I ITS-90 ）;它定乂国际热力学温度用符号 T90表不单位为开尔文、符号为 K;国际摄氏温度用符号 t90表示，单位为开尔文、符号为C。.将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，当两个触点温度T和To不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，又称为贝塞克效应，相应的电动势称为热电势。这两种不同 材料的导体（或半导体）组和称为热电偶。.热电偶的热电势由两部分组成：温差电势和接触电势。总热电势中，温

27、差电势比接触电势小很多，可以忽略不计，则热电偶的热电势可以表示为Eab（T,To） eAB（T） eAB（T。）。.热电偶的基本定律一一 热电偶的应用定则：均质导体定律（定则）；中间导体定律（定则）；中间温度定律（定则）。.国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐八种标准化热电偶作为工业热电偶在不同场合中使用。所谓标准化热电偶，就是它们已列入工业标准化文件中，具有统一的分度号、分度表；所以同一型号（分度号）的标准化热电偶具有良好的互换性。.我国工业上常用的 4种标准化热电偶的材料一一型号（分度号）是：钳铐30-钳铐6 （B型）、钳铐io-钳（S型）、馍铭-馍硅（K型）和馍铭-铜馍（我国通常称为馍

28、铭-康铜）（E型）。.工业上常用的标准化热电偶的长度有限，在实际测温时，热电偶的冷端一般离热源较近、冷端温度波动较大，需要将冷端延伸到温度变化较小的地方；另外，热电偶的输出热电势信号也需要传输到远离现场的控制室内的显示仪表或控制仪表；工程应用中采用的是补偿导线！.补偿导线通常由两种不同性质的导线制成，也有正极和负极，而且在0100 c温度范围内，要求补偿导线与所配用的热电偶具有相同的热电特性。.目前我国规定工业用钳热电阻有Ro=1O 和Ro=1OO两种，它们的分度号分别为Pt10和Ptioo。（其中以Pt100为常用）。热电阻不同分度号对应有相应分度表，即Rt- t的关系表，这样在实际测量中，

29、只要测得热电阻的阻值Rt,便可从分度表上查出对应的温度值。或相反.目前我国规定工业用铜热电阻有R0=50和R0=100两种，它们的分度号分别为Cu50和 Cu100 。.热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。.热敏电阻器件按温度系数可分为：负温度系数热敏电阻(NTC )、正温度系数热敏电阻 (PTC)和临界温度系数热敏电阻(CTR)三大类。温度检测用热敏电阻主要是负温度系数热敏电阻。. NTC热敏电阻以 MF为其型号，PTC热敏电阻以MZ为其型号。.辐射仪表的表观温度是指在仪表工作波长范围内，温度为 T的辐射体的辐射情况与温度为 Ta的黑体的辐射情况相等，则Ta即为该辐射体

30、的表观温度。由表观温度可以求得被测物体的实际温度。表观温度可以是：亮度温度、辐射温度、比色温度.用分度号为S的标准热电偶测温，其参比端温度为20 C ，测得的热电势 E(t,20)=11.3OmV, 试求被测温度 t=?解：E(t,20)=11.3OmV查表：E(20,0)=0.113mVE(t,0)E(t,20) E(20,0) 11.413mV查表：E(1150,0) =11.351 mV查表：E(1160,0) =11.471 mV11.413 11.351 , t = 1150 10 1155.116 c11.471 11.351.用分度号为 K的热电偶测温，己知其参比端温度为25 C

31、 ,热端温度为750 C ,其产生的热电势是多少？解：查表：E (750 , 0) =31.214mVE (25, 0) =0。798+ (1。203-0 。 798 ) /2=1 。 0005mVE (750 , 25 ) = E (750 , 0) E (25, 0) =30 。 2135mV.用分度号为 K的热电偶测温，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示为500 C,而这时冷端温度为60 C,试问：时间温度为多少C?如果热电偶的热端温度不变，设法使冷端温度保持在20 C,此时显示仪表指示为？ C?解：查表：E (t, t0) 一 E (500, 0) =20.64mVE (to

32、, 0) =E (60, 0) =2.436mVE (t, 0) = E (t, t。)+ E (t0, 0) =23.076mV查表：t =557 C 热端温度t =557 C,冷端温度保持在 20 C,查表：E (t0, 0) =E (20, 0) =0.798mVE (t, to) = E (t, 0) E (to, 0) =22.278mV由此电势，查表： t =538 。 4 C.用分度号为 K的热电偶测某设备的温度，测得到的热电势为 20mV ,己知其参比端温度(室 温)为25 C，求设备的温度？如果改用分度号为E的热电偶来测温，在相同的条件下，分度号为E的热电偶测得到的热电势是多

33、少解：已知：E (t, to) =20mV查表：E (to, 0) =E (25, 0) =1mVE (t, 0) = E (t, to) + E (to, 0) =21mV查表：t =509 C改用分度号为 E的热电偶来测温查表：E (t。，0) =E (25, 0) =1 。 5mVE (t, 0) =E (509 , 0) =37 。 7mV则：E (t, to) = E (t , 0) E (to, 0) =36.2mV.某单色辐射温度计的有效波长e 0.9 pm,被测物体发射率T =0.6,测得亮度温度 TL =1100 C ,求被测物体实际温度。解:表观温度为亮度温度时 TOC o

34、 1-5 h z 11, 1 In -TlTC2110,9 10 6 ,1In 1100 273.15 1.4388 10 20.61436 K 1162.85C20 .工业热电阻的引线方式有二线制、三线制和四线制三种。三线制引线方式是在热电阻的一端引出两根导线，其中连接电源；热电阻的另一端引出一根导线；当热电阻与测量电桥配用时，分别将两端引线接入相邻的两个桥臂。第五章压力检测一， 一 1N .国际单位制(代号为si)： 1帕=1Pa ； 1帕表小的压力很小， 工程上常常使用兆帕 MPa m压力的几种表示方法：绝对压力、大气压力、表压力、负压力一一真空度、差压一一压力差。.选择压力测量仪表的量

35、程要留有余地：在测量稳定压力时，最大被测工作压力不超过测量仪 表上限值的2/3 ;在测量脉动压力时，最大被测工作压力不超过测量仪表上限值的1/2 ;在测量高压时，最大被测工作压力不超过测量仪表上限值的3/5 ; 一般被测压力的最小值不低于测量仪表上限值的 1/3 。.常用的压力校验仪器有液柱式压力计、活塞式压力计，或配有高精度标准压力表的压力校验 泵。.用弹簧管压力计测量蒸汽管道内压力 ，仪表低于管道安装，二者所处标高为1.6m和6m,若仪表 指示值为0.7MPa 。已知蒸汽冷凝水的密度为 p=966kg/m 3,重力加速度 g=9.8m/s 2,试求蒸汽管 道内的实际压力值。解：蒸汽冷凝水的

36、附加等效压力Ph2og(6 1.6) 966 9.8 4.4 10 6 0.04165管道内压力 p PbiaoPh2o 0.7 0.04165 0.65835 MPa.被测压力变化范围为 0.51.4Mpa,要求测量误差不大于压力示值的土 5%,可供选用的压力表 量程规格为01.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa ,精度等级有1.0、1.5和2.5三种，试选择合适 的量程和精度的仪表。解：根据：选择压力测量仪表的量程要留有余地：在测量稳定压力时，最大被测工作压力不超过测量仪表上限值的2/3 ;在测量脉动压力时，最大被测工作压力不超过测量仪表上限值的1/2 ;在测量高压时，最大被测工作压

37、力不超过测量仪表上限值的3/5 ; 一般被测压力的最小值不低于测量仪表上限值白1 1/3 。量程选择：展上迎U作生力丕想过如堇便变上呷!白勺一一2/3 .一 3 .一 Sfs 1.4 2.1选择压力表重程规格为 02.5Mpa要求测量误差不大于压力示值的5%各种量程在不同精度等级时的最大绝对误差maxa SFS100-jmax 100% a SFS - 100% a SFSXmin1000.50.5各种量程、不同精度等级仪表在示值为0.5Mpa时的最大相对误差为:aSFS01 .602.504.01. 03.2581 . 54.87.5122. 5812.520 xm所以，压力表量程规格为02

38、.5Mpa ,应选择1.0级仪表。.某工艺要求压力测量范围为1.20.05Mpa,可供选用的压力表量程规格为01.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa ,精度等级有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五种，试选择合适的量程和精度的仪 表。解：SFS 3 1.2 1.82-4SFS 1.2 1.6Sfsa1.01.52.02.54.01.60.0160.0240.0320.040.642.50.0250.03750.050.06250.1各种量程在不同精度等级时的最大绝对误差所以，压力表量程规格为02.5Mpa ,应选择2.0级仪表。或选压力表量程规格为016Mpa ,a SFSmax /

39、 八二 100应选择2.5级仪表。再具体的选择要看上述两款仪表的综合成本了。8.某空压机的缓冲器，其工作压力范围为1.01.6Mpa ,工艺要求测量结果的误差不大于压力示值的 5%,试选择合适的量程和精度的仪表。可供选用的压力表量程规格为0 1.6Mpa、02.5Mpa、04.0Mpa ,精度等级有1.0、1.5、2.0、2.5和4.0五种，试选择合适的量程和精度的仪表。解:量程选择：最大被测工作压力不超过测量仪表上限值的2/3Sfs31.62.4 选择压力表量程规格为02.5Mpa2一3一一 Sfs1.03选择压力表重程规格为02.5Mpa1xm 7ax 100%5%；1.0a SfS 5；

40、 a 2.02.5maxa Sfs100max 5% 1.00.052.00.05 a *x 100-100Sfs2.5所以，压力表量程规格为 02.5Mpa ,应选择2.0级仪表。第六章流量检测1 .用标准孔板测量气体流量，给定设计参数p 0.8 kPa, t =20 C,现在实际工作压力p 0.4 kPa, t=30 C,现场仪表指示为 3800m 3/h ,求实际流量。解：对于气体，一般计算在标准状态下的体积一一“标准立方米”P T00 FP0 T标准孔板流量计标定时流量qv0 Kv 3800 m 3/h实际流量：102 P K 2_p Lp。n P0_T )P T0 V、0 V p T

41、o qV0 p To p。T3800 ()3800 .1.038 3871.85976,400 101325 20 273.15(800 101325) 30 273.152 .用转子流量计测量 P 0.16MPa , t=27 C的空气流量，现场仪表指示为38Nm 3/h ,求实际流量。解：转子流量计测量气体流量时，制造厂是在工业基准状态(293K , 0.10133Mpa )下用空气进行标 定的，实际应用时，要换算!“0.16 0.1013329338 0.10133293 2738 1.587 60.3093.水进行标定的浮子流量计，其满刻度值为 1000dm 3/h不锈钢浮子密度为 7

42、。92g/cm 3,现在用来测量密度为0.79g/cm 3的乙醇流量，浮子流量计的测量上限值是多少qv qv0.(F S)(7.92 0.79) 110001142.03(7.92 1) 0.794.某涡轮流量计的仪表系（常）数=150.4次/L,当它测量流量时的输出频率为 f =400Hz时,其相应的瞬时流量是多少？ qVf 400150.42.66 L/s。5 .检验一台涡轮流量计，流过 16。05m 3流体时，测得频率为f =41701Hz ,则仪表系（常）fqV4170116.05 10002.598次/升.质量流量测量仪表通常可以分为两大类：间接式质量流量计和直接式质量流量计。.用标

43、准孔板节流装置配 DDZ-m型电动差压变送器（不带开方器）测量某管道流量，差压变送器最大的差压对应的流量为 32m 3/h，试求当变送器输出电流为16mA时，实际流过管道的流量。解：标准孔板节流装置配 DDZ-m型电动差压变送器（不带开方器）测量流量：qVKv、x 4;32 Kv .20 4 Kv 4; Kv 8qV 8 x 4 8 .16 4 16 3 27。71.标准孔板节流装置配 DDZ-m型电动差压变送器测量某管道流量，差压变送器的量程为 16kPa ,对应的流量为050t/h ,工艺要求在40t/h时报警，试问:差压变送器不带开方器时，报警值设定在多少毫安处?差压变送器带开方器时，报

44、警值设定在多少毫安处?解：差压变送器不带开方器时qvKv 一 x 4；5050 Kv . 20 4 Kv 4； Kv 12.5440 12.5x 440 2X ()2 4 12.2412.5差压变送器带开方器时qvKv (x 4)；50 Kv(20 4) Kv 16； Kv50163.12540 12.5 . x 4403.1254 16.8.节流现象：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前、后的管臂处，流体的静压力产生差异的现象.节流式流量计的特点是结构简单，节流装置已有标准化型式。其主要缺点是安装要求严格； 流量计的前后要求较长的直管段；对于较小直径(Dv 50mm )的管道测量比较

45、困难。.节流式流量计的三种标准化节流件是：标准孔板、标准喷嘴、标准文丘里管。.节流式流量计的测量直管段通常取节流件前10D,节流件后5D的长度，以保证节流件的正确安装和使用。.浮子流量计也是利用节流原理测量流体的流量，但是它的差压值基本保持不变：是通过节流 面积的变化反映流量的大小；故又称为恒压降变面积流量计，也有称作转子流量计。.浮子流量计是一种非标准化仪表，仪表出厂前需要在工业基准状态(20 C, 0. 10133Mpa )下用水或空气标定。气体流量计量时，一般用标准立方米计量，而不是实际工作状态下的容积数第七章物位检测.在使用差压（或液位）变送器测量液位时，一般说来要求差压值p与液位高度

46、H应该有直接正比关系，即：p gH !但是，在实际应用时，由于使用的具体设施、安装条件等等的影响，使得 p gH mgh ,则有H =0时p w0!这样就要进行变送器的零点迁移，使得 H =0时p =0。H =0时p 0时，进行零点正迁移，H =0时p 0、调节器输出为正值，测量值 x增大、调节器输出 y随之增大；调节器的反作用：偏差e0、调节器输出为正值，测量值 X增大、调节器输出y随之减小！ .比例控制的放大倍数（或比例增益）Kp是一个重要参数；在实际应用的工业调节器的比例控制器中，使用比例度而不用放大倍数（或比例增益）Kp !比例度的定义式:xmax Xmin100%y maxymin.

47、比例控制规律：调节器的输出与输入偏差信号始终保持比例关系，系统稳定后，被控变量的测量值不能等于统给定值，必然存在一定的残余偏差一一残差!.积分控制规律：只要有偏差 e存在，调节器的输出就不断的变化，偏差e存在时间越长，输出信号变化量 y也越大，直到调节器的输出达到极限值为止；只有在偏差信号e等于零时，输出信号才能相对稳定，且可以稳定在某一个确定数值上！因此，希望消除残差和最终消除残差是积分调节作用的重要特性。.理想微分作用：在阶跃输入偏差信号出现瞬时，理论上偏差信号的变化速度为无穷大、因而理论上调节器的输出也达到无穷大；之后，输入信号变化等于零，于是微分作用的输出即刻回到零！实际上，这种理想微

48、分作用是无法实现的、而且不可能获得好的调节效果。.实际理想微分控制规律：当阶跃输入偏差信号出现瞬时，输出突然跳跃到一个较大的有限值，然后按照某一个时间常数的指数函数曲线衰减直至到零！跳跃值越大或衰减得越慢，表示微分作用越强。单位阶跃输入时，实际理想微分控制规律输出增量：KDtp 1 (Kd 1)e TD.某台DDZ-m型调节器，其比例度=50% ,积分时间=0.2min ,微分时间Td =2min ,微t=12s时该调节器输出信号值。分放大倍数Kd =10。假定输出初始值为 4mA。在t 0时施加0.5mA的阶跃输入信号，试分别写 出在该阶跃输入信号作用下比例、积分、微分的输出表达式，并计算解

49、: TOC o 1-5 h z 比例作用：1PKP Ii 1 Ii 0.51mA0.5K1 12/60积分作用：II 巳Iidt 0.5dt 50.21mATi 00.2 0微分作用：ID Kp(Kd 1)eKDt/TDI i 2(10 1)e10 0.2/2 0.5 9e 13.3mAt 12s 时：IO I0 IP II ID 9.3mA.某台DDZ- ID型调节器，其比例度 =80% ,积分时间Ti =0.4min ,微分时间TD =2.4min0时施加0.4mA的阶跃输入信号，试分别t=24s时该调节器输出信号微分放大倍数Kd=10 。假定输出初始值为 6mA。在t写出在该阶跃输入信号

50、作用下比例、积分、微分的输出表达式，并计算 值。解： 解: TOC o 1-5 h z 1比例作用：1P KP Ii Ii 0.4 0.5mA0.8K t124/60积分作用：I I 巳Iidt 0.4dt 1.25 0.4 0.5mATI 00.8 0.4 0微分作用：ID KP(KD 1)e KDt/TDIi1.25 (10 1)e10 0.4/2.4 0.4 4.5e 1.670.846mAt 12s时：IO I 0 Ip II I D 7.846mA9 .某台DDZ-m型温度比例控制调节器， 测温范围为2001200 C,当温度从800 c变化到850 c时，其输出由12mA变化到16

51、mA。试求该调节器的比例度和放大系数。该放大器是属于正作用还是反作用？解:exmaxxmin100%y maxymin850 8001200 20016 1220 4100%50/10004/16100%20%DDZ m温度控制器输入 输出都是统一信号Kp - 5给定信号增加时输出信 号增加，所以调节器属于反作用9-1 .某比例积分控制器输入、输出范围都是420mA ,若将比例度设为100%、积分时间设为2min、稳态输出调为5mA ,某时刻，输入阶跃增加 0。2mA ,经过5min钟后，输出将由5mA变化到多少?解:比例作用：Ip积分作用：I It 5min 时：IO TOC o 1-5 h

52、 z 11KP Ii Ii 0.2 0.2mA 1.0KP t1 5- Iidt0.2dt 0.5 0.2 5 0.5mATi 012。I0 IP II 5.7mA10 .某台DDZ- n型液位比例控制调节器，测量液位范围为0.51.2m，比例度 =40%.当液位为0.9m时,调节器输出为5mA,问：当液位变化到1.0m时，调节器输出为多少？解:xmaxy maxxminyymin100%ymaxy minXmaX XmiN调节器属于反作用时:调节器属于正作用时:10 01.2 0.5100(1.0 0.9)3.6mA40液位增加调节器输出减 小：y 1.4mA液位增加调节器输出增加:8.6m

53、A11.调节器的软手动：控制器的输出是随时间按一定的速度增加或减小的；调节器的硬手动:制器的输出的数值完全是由硬手动操作杆的位置决定的一一阶跃信号!12 .某台DDZ- n型比例积分控制调节器，其比例度=80% 。积分时间 TI =1.0mino稳态时调节器输出为6mA 。当某瞬时输入突然增加了0.3mA，比例输出为多少？经过 3min调节器的输出为多少?解:Kpy y。Kp0.36 6.375mA0.8经过3分钟y y0 KpI(1t)6 0.375(1 3) 7.5mATi13 .模拟PID调节器的数字 PLD控制算法:模才P PID调节器的传递函数:Wpid (s)Kp(1Ti sTd

54、s)模才P PID调节器的时域函数表达式:Tit0e(t)dt数字PLD控制算法:增量式:u(k) Kpe(k) e(k 1)2e(k 1) e(k 2)TTde(k) De(k)TiTa0 e(k) a1 e(k 1) a2 e(k 2)a0 KP(1 TD)； a1KP(1 2TD-) ; a2KPTDTiTTT位置式：u (k) u (k 1)u (k)14 .微分控制规律的特点： 在偏差开始剧烈变化的时刻，就能立即自动产生一个强大的调节作用，及时抑制偏差的继续增长，故有超前调节的作用。但是，因为微分控制规律的输出的大小只与偏差变化的速度有关，当偏差固定不变时， 微分控制规律的输出为零一

55、一不能消除偏差！因此微分控制规律不能单独使用！第十四章执行单元.执行单元的作用是根据控制器送来的控制信号直接控制被控参数(例如温度)所对应的某些 物理量(例如电加热的电压、蒸汽加热的蒸汽量或冷却水量)的大小，将被控参数维持在所要求的数 值上。.气动调节阀是由气动执行机构和调节机构(阀门)两部分组成；一般还配备辅助装置，如电气转换器、阀门定位器(或电气阀门定位器)。.气动执行机构有正作用和反作用两种形式：当输入气压信号增加时阀杆向下移动时称正作用当输入气压信号增加时阀杆向上移动时称反作用。在工业生产中口径较大的调节阀通常采用正作用方式。.调节阀的结构及分类：调节阀的品种很多，有普通型、散热型、长

56、颈型、纹波管密封型；直通双座、直通单座，角型阀，隔膜阀；高压阀，蝶阀，球阀，三通阀,;小流量调节阀。直通双座、直通单座：一一有正作用（正装）与反作用（反装）两种:正作用：阀杆向下移动时，阀芯与阀座之间的流通面积减小反作用：阀杆向下移动时，阀芯与阀座之间的流通面积增大.流量特性的定义：流过阀门的 相对流量与阀门相对开度的关系QQmax调节阀的流量特性不仅与阀门的结构和开度有关，还与阀前后的压差有关，必须分开讨论。.调节阀的固有（理想）流量特性：在将控制阀前后压差固定 时得到的流量特性称为固有流量特性。它取决于阀芯的形状。四种典型的理想流量特性：直线特性、等百分比特性、快开特性、抛物线特性7.可调

57、比R为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比值。R = Qmax / Qmin ,其中Qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的24%一般阀门的可调比R=30 。.调节阀的工作流量特性：实际使用时，调节阀装在具有阻力的管道系统中。管道对流体的阻 力随流量而变化，阀前后压差也是变化的，这时流量特性不同于理想流量特性而会发生畸变。.调节阀的流通能力用流量系数C值表示。流量系数 C的定义：在阀两端压差100kPa （0.1MPa ）,流体为水（103Kg/m3 1g/cm 3）的条件下，阀门全开时每小时能通过调节阀的流体流量（ m3/h或t/h ）。例如，某一阀门

58、全开、阀两端压差为 100kPa时，流经阀的水流量为 20 m3/h,则该调节阀的流 量系数为：C=20 ;某一阀门全开、阀两端压差为 0.1MPa时，流经阀的水流量为 40 m 3 /h ,则该调 节阀的流量系数为：C=40在调节阀技术手册上，给出了各种阀门的口径和流通能力C ,供用户查阅。实际应用中阀门两端压差不一定是100kPa ,流经阀门的流体也不一定是水，因此必须换算。.电/气转换器：为了使气动调节阀能够接收电动调节器的输出信号，必须把标准电流信号转换为标准气压信号。.气动调节阀中，阀杆的位移是由薄膜上气压推力与弹簧反作用力平衡确定的。为了防止阀杆处的泄漏要压紧填料，使阀杆摩擦力增大

59、，且个体差异较大，这会影响输入信号P的执行精度。解决措施：在调节阀上加装阀门定位器，引入阀杆位移负反馈。使阀杆能按输入信号精确地确定自己的开度。实际应用中，常把电/气转换器和阀门定位器结合成一体，组成电/气阀门定位器。.薄膜式执行机构它由膜片、阀杆和平衡弹簧等组成，是执行器的推动装置。它接受气动调节器或电/气转换器输出的气压信号，经膜片转换成推力并克服弹簧力后，使阀杆产生位移，带动阀芯动作。副文：加深理解、奠定基础、拓展思维、实践创新综合练习题.简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）量和偏差的含义！答：被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

60、被控变量：被控对象内要求保持设定（给定）数值的工艺参数。操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定（给定）数值的物料量 或能量。扰动（干扰）量：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的遗失因素。设定（给定）量：被控变量的预定值。偏差：被控变量的设定值与实际值之差。1-1 .试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质1-2 .什么是干扰作用？什么是控制作用？试说明两者的关系。.自动控制系统按其基本结构形式可分几类？其中闭环控制系统按设定（给定）值的不同形式又可分几种?答：自动控制系统按其基本结构形式可为闭环控制系统和开环控制系统两大类。闭环控制系